(57)【要約】【課題】  初期状態の設定を簡単に、精度よく行なうことができる光学顕微鏡を提供する。【解決手段】  光源１２からの光が集光される標本１１の拡大像を出射する対物レンズ１５を含む光路上に、対物レンズ１５の標本１１上での焦点位置を対物レンズ１５の光軸方向に光学的に可変制御する可変ミラー１７を配置したものであって、標本１１の中間像を結像する位置に挿脱可能に基準反射ミラー２０を挿脱可能に配置し、この基準反射ミラー２０で反射される光を光検出器２２で検出し、この検出される光量に応じて可変ミラー１７の形状を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光が集光される標本の拡大像を出射する対物レンズと、
前記対物レンズを含む光路上に設けられ、前記対物レンズの前記標本上での焦点位置を前記対物レンズの光軸方向に光学的に可変制御する焦点位置制御手段と、
前記対物レンズを含む光路上の前記標本の中間像を結像する位置に挿脱可能に設けられ前記焦点位置制御手段を介して入射される光を反射する光反射手段と、
前記光反射手段で反射される光を検出し、該検出される光量に応じて前記焦点位置制御手段の状態を設定する設定手段と
を具備したことを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項２】
光源と、
前記光源からの光が集光される標本の拡大像を出射する対物レンズと、
前記前記光源からの光を前記標本上で２次元走査する光走査手段と、
前記対物レンズを含む光路上に設けられ、前記対物レンズの前記標本上での焦点位置を前記対物レンズの光軸方向に光学的に可変制御する焦点位置制御手段と、
前記対物レンズを含む光路上の前記標本の中間像を結像する位置に挿脱可能に設けられ前記焦点位置制御手段を介して入射される光を反射する光反射手段と、
前記光反射手段で反射される光を検出し、該検出される光量に応じて前記焦点位置制御手段の状態を設定する設定手段と
を具備したことを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項３】
前記焦点位置制御手段は、印加電圧に応じた反射面を変形する波面変調器からなり、
前記設定手段は、前記光反射手段で反射される光を検出し、該検出される光量に応じて前記波面変調器の印加電圧を制御することを特徴とする請求項１または２記載の光学顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点位置制御手段を用いた光学顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学顕微鏡には、対物レンズの焦点位置の移動や収差を補正する焦点位置制御手段として光の波面を変調する波面変調器を用いたものがある。この波面変調器は、変調器に電圧を印加することで反射面を微小に変化させることのできるもので、この反射面を変化させ光学的なパワーを可変させることにより、対物レンズの光軸方向の光集光位置の移動を、対物レンズと試料機械的な位置関係を移動させることなく可能にしたもので、また、その際に生じる収差を相殺することも可能にしている。
【０００３】
このような波面変調器を用いた光学顕微鏡として、特許文献１に開示されるように顕微鏡の対物レンズ手前に波面変調器としてのアダプティブミラーを配置し、このアダプティブミラーの表面を変形させ、光の波面を変調することにより、対物レンズの焦点位置を移動するとともに、収差を補正するようにしたものが知られている。
【特許文献１】特開平１１−１０１９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなアダプティブミラーを用いて対物レンズの焦点位置の移動や収差補正を行なうものは、初期状態にあるアダプティブミラーの面形状を変形させ、その変形量に応じて対物レンズの焦点位置の移動量や収差補正量を決定するようにしている。
【０００５】
ところが、通常、アダプティブミラーの初期状態での形状は全て同じでなく、製品のばらつきが存在している。このため、焦点位置の移動や収差補正の精度を確保するには、これら焦点位置の移動や収差補正を行う前に、アダプティブミラーの初期形状を同じ条件にに設定する必要がある。また、光学顕微鏡は、周囲の環境変化などによって、光学系に収差が生じて理想な状態でなくなることがあり、このような場合も、光学顕微鏡の使用開始時に、アダプティブミラーを用いて、環境変化に起因する収差を補正する必要がある。
【０００６】
しかし、特許文献１には、このような要求に対する解決策は見当たらず、このため、精度の高い焦点位置の移動や収差補正を確保するのが難しいという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１に開示されるアダプティブミラーには、面形状を変形制御するための制御手段が用いられているが、このような制御手段を用いてアダプティブミラーの初期形状を設定するには、予め標準となる標本をセットし、この状態で、対物レンズのピント合わせを行ない初期形状を設定するなどの必要があり、このための操作に手間がかかり顕微鏡の操作性を著しく低下させるという問題もある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、初期状態の設定を簡単に、精度よく行なうことができる光学顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、光源と、前記光源からの光が集光される標本の拡大像を出射する対物レンズと、前記対物レンズを含む光路上に設けられ、前記対物レンズの前記標本上での焦点位置を前記対物レンズの光軸方向に光学的に可変制御する焦点位置制御手段と、前記対物レンズを含む光路上の前記標本の中間像を結像する位置に挿脱可能に設けられ前記焦点位置制御手段を介して入射される光を反射する光反射手段と、前記光反射手段で反射される光を検出し、該検出される光量に応じて前記焦点位置制御手段の初期状態を設定する設定手段とを具備したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、光源と、前記光源からの光が集光される標本の拡大像を出射する対物レンズと、前記前記光源からの光を前記標本上で２次元走査する光走査手段と、前記対物レンズを含む光路上に設けられ、前記対物レンズの前記標本上での焦点位置を前記対物レンズの光軸方向に光学的に可変制御する焦点位置制御手段と、前記対物レンズを含む光路上の前記標本の中間像を結像する位置に挿脱可能に設けられ前記焦点位置制御手段を介して入射される光を反射する光反射手段と、前記光反射手段で反射される光を検出し、該検出される光量に応じて前記焦点位置制御手段の初期状態を設定する設定手段とを具備したことを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記焦点位置制御手段は、印加電圧に応じた反射面を変形する波面変調器からなり、前記設定手段は、前記光反射手段で反射される光を検出し、該検出される光量に応じて前記波面変調器の印加電圧を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明よれば、対物レンズの標本上での焦点位置を対物レンズの光軸方向に光学的に可変制御する焦点位置制御手段を有するものであって、標本の中間像を結像する位置に挿脱可能に光反射手段を配置し、この光反射手段で反射される光を検出し、この検出される光量に応じて焦点位置制御手段の状態を制御するようにしたので、焦点位置制御手段の初期状態の設定を始め、光学系の収差補正を精度よく行なうことができ、理想的な初期状態により精度の高い観察を行なうことができる光学顕微鏡を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態が適用される光学顕微鏡の概略構成を示している。
【００１５】
図１において、１１は標本で、この標本１１は、図示しないステージ上に載置され、水平方向に移動可能になっている。標本１１の下方には、透過照明用の光源１２が配置されている。この光源１２には、ハロゲンランプや水銀ランプなどが用いられる。
【００１６】
光源１２から発せられる光の光路には、コレクトレンズ１３、コンデンサレンズ１４が配置されている。コレクトレンズ１３は、光源１２からの光を平行光に変換するものである。コンデンサレンズ１４は、コレクトレンズ１３からの平行光を標本１１の位置に集光するようにしている。
【００１７】
標本１１の上方には、標本１１に近接して対物レンズ１５が配置されている。対物レンズ１５は、光源１２の光が集光される標本１１の拡大像を出射するもので、倍率の異なる複数本（図面では１本のみを示している。）が図示しないレボルバーに保持され、このレボルバーの操作によって、選択的に観察光路ａ上に位置されるようになっている。
【００１８】
対物レンズ１５上方の観察光路ａ上には、ハーフミラー１６が配置されている。ハーフミラー１６は、対物レンズ１５により拡大された光像を透過し、後述する基準反射ミラー２０から反射される光を反射するようになっている。ハーフミラー１６の透過光路には、焦点位置制御手段としての波面変調器、ここでは可変ミラー１７が配置されている。可変ミラー１７は、対物レンズ１５の標本１１上での焦点位置を対物レンズ１５の光軸方向に光学的に可変制御するものである。この可変ミラー１７には、可変ミラー１７の状態を設定する設定手段としてのミラー制御部１８が接続されている。ミラー制御部１８は、可変ミラー１７の図示しない電極に対し電圧を印加することで、可変ミラー１７の反射面を微小に変化させるようにしている。つまり、ここでの可変ミラー１７は、反射面が平坦になっている場合は、光学的なパワーがなく、反射面を反射した光を平行光のまま出射し、ミラー制御部１８により図示しない電極に電圧が印加されると、反射面を微小に変形（湾曲）し、反射面を反射した光を若干の発散光として出射するようになっている。
【００１９】
可変ミラー１７の反射光路には、中間結像レンズ１９が配置されている。中間結像レンズ１９は、可変ミラー１７からの反射光を透過し、中間像位置Ｉに標本１１の中間像を結像するようになっている。そして、中間像位置Ｉからの光は、図示しない光学顕微鏡の観察系に入射し、標本観察できるようになっている。
【００２０】
中間結像レンズ１９の中間像位置Ｉには、光反射手段としての基準反射ミラー２０が配置されている。この基準反射ミラー２０は、中間像位置Ｉに結像された標本１１の中間像の光を可変ミラー１７を介してハーフミラー１６側に反射するもので、図示しないモータによって、中間像位置Ｉへの挿脱を可能にしている。
【００２１】
一方、ハーフミラー１６の反射光路には、結像レンズ２１および光検出器２２が配置されている。光検出器２２は、上述したミラー制御部１８とともに設定手段を構成するもので、例えば、フォトディテクタのような光量を計測する光センサからなっている。また、光検出器２２は、可変ミラー１７、ハーフミラー１６を介して反射されてくる基準反射ミラー２０からの光の量に応じた電気信号を出力するようになっている。
【００２２】
光検出器２２からの信号は、制御部２３に入力するようになっている。制御部２３は、上述の設定手段の一部を構成するもので、光検出器２２からの信号に基づいて、ミラー制御部１８に対し可変ミラー１７に印加する電圧調整を指示し、可変ミラー１７の反射面の形状を制御するようにしている。また、制御部２３は、上述した図示しないモータに駆動指令を出して基準反射ミラー２０の中間像位置Ｉへの挿脱を制御するようにもしている。
【００２３】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００２４】
この場合、光学顕微鏡の電源を投入すると、制御部２３は、上述した図示しないモータを駆動して基準反射ミラー２０を中間像位置Ｉへ挿入する。
【００２５】
この状態で、光源１２から光が発生すると、この光は、コレクトレンズ１３、コンデンサレンズ１４を透過して標本１１の位置に集光される。また、標本１１を透過した光は、対物レンズ１５、ハーフミラー１６を透過して可変ミラー１７の反射面に入射する。可変ミラー１７で反射した光は、中間結像レンズ１９を透過して中間像位置Ｉに結像され、この中間像位置Ｉに配置された基準反射ミラー２０で反射し、再び可変ミラー１７の反射面に入射される。そして、可変ミラー１７で反射した光は、ハーフミラー１６で反射し、結像レンズ２１を透過して光検出器２２に入射する。
【００２６】
光検出器２２は、基準反射ミラー２０からの光の量に応じた信号を出力し、この信号は、制御部２３に入力される。制御部２３は、光検出器２２で検出される光量に応じた信号と予め用意された基準光量に応じた信号とを比較する。ここで予め用意される基準光量に応じた信号は、可変ミラー１７が初期形状にあるときに得られる光量に相当するものである。
【００２７】
そして、この比較結果から、光検出器２２の信号と基準光量の信号が異なると、制御部２３よりミラー制御部１８に制御命令が発せられ、可変ミラー１７に印加される電圧が制御される。これにより、可変ミラー１７の表面形状が変化し、この形状変化により光検出器２２で検出される光量も可変される。
【００２８】
その後、このような一連の動作により、光検出器２２の信号が基準光量の信号と一致すると、制御部２３によるミラー制御部１８への制御命令が停止し、可変ミラー１７の初期形状が設定される。
【００２９】
一方、周囲環境の変化によって、光学系に収差が生じたような場合、光検出器２２で検出される光量は、理想状態にある光学系のそれと比べて小さくなる。従って、この場合も、制御部２３によりミラー制御部１８を制御し、可変ミラー１７に印加される電圧を調整して表面形状を制御し、光検出器２２で検出される光量に応じた信号を予め用意された理想状態にある光学系の基準光量の信号と一致させる。これにより、環境変化の影響で生じた収差を補正でき、光学系の初期状態を設定することができる。
【００３０】
その後、制御部２３により図示しないモータを駆動し基準反射ミラー２０を中間像位置Ｉから退避させる。
【００３１】
この状態で、光学顕微鏡による通常の標本観察が行われる。この場合、標本１１に対する焦点合わせは、ミラー制御部１８により可変ミラー１７に印加される電圧を調整することで行われるが、この時の焦点合わせは、常に、可変ミラー１７を初期の形状から変形させることができるので、変形の再現性の精度を確保することができ、焦点合わせの精度を高めることができる。
【００３２】
従って、このようにすれば、光源１２からの光が集光される標本１１の拡大像を出射する対物レンズ１５を含む光路上に、対物レンズ１５の標本１１上での焦点位置を対物レンズ１５の光軸方向に光学的に可変制御する可変ミラー１７を配置したもので、標本１１の中間像を結像する位置に挿脱可能に基準反射ミラー２０を挿脱可能に配置し、この基準反射ミラー２０で反射される光を光検出器２２で検出し、この検出される光量に応じて可変ミラー１７の形状を制御するようにしたので、可変ミラー１７の初期形状の設定を簡単に精度よく行なうことができ、また、周囲の環境変化などにより光学系に収差が生じた場合も、その収差補正を精度よく行なうことができ、理想的な初期状態により精度の高い観察を行なうことができる光学顕微鏡を実現できる。
【００３３】
なお、第１の実施の形態では、可変ミラー１７で反射される光を検出する光検出器２２として、フォトディテクタなど使用しているが、例えば、波面センサを利用して、光の波面を計測し、波面収差の信号に基づいて可変ミラー１７を制御するような方式を採用することもできる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施の形態が適用される走査型レーザ顕微鏡の概略構成を示している。
【００３６】
図２において、３１はレーザ光源で、このレーザ光源３１から発せられるレーザ光の光路上には、コリメートレンズ３２およびビームスプリッタ３３が配置されている。ビームスプリッタ３３は、レーザ光源３１からのレーザ光を反射し、後述する基準反射ミラー４１から反射される光を透過するようになっている。
【００３７】
ビームスプリッタ３３の反射光路には、焦点位置制御手段としての波面変調器、ここでも可変ミラー３４が配置されている。可変ミラー３４には、ミラー制御部３５が接続されている。これら可変ミラー３４、ミラー制御部３５については、第１の実施の形態で述べた可変ミラー１７、ミラー制御部１８と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００３８】
可変ミラー３４の反射光路には、走査手段としてのスキャナ３６が配置されている。このスキャナ３６は、２組のガルバノスキャナミラー３６１，３６２を有し、これらのガルバノスキャナミラー３６１，３６２によりレーザ光を２次元方向に走査するようになっている。
【００３９】
スキャナ３６の出射光路には、投影レンズ３７、中間結像レンズ３８および対物レンズ３９が配置され、これら投影レンズ３７、中間結像レンズ３８および対物レンズ３９を介してレーザ光を標本４０に照射するようになっている。この場合、中間結像レンズ３８は、標本４０の中間像を中間像位置Ｉ’に結ぶようになっている。
【００４０】
中間像位置Ｉ’には、光反射手段としての基準反射ミラー４１が配置されている。この基準反射ミラー４１は、中間像位置Ｉ’に結像された標本４０の中間像の光をスキャナ３６、可変ミラー３４を介してビームスプリッタ３３側に反射するもので、図示しないモータによって、中間像位置Ｉ’へ挿脱を可能になっている。
【００４１】
一方、ビームスプリッタ３３の透過光路上には、共焦点観察手段を構成する結像レンズ４２、共焦点ピンホール４３および上述したミラー制御部３５とともに設定手段を構成する光検出器４４が配置されている。ここでの光検出器４４には、例えばフォトマルチプライアが用いられる。
【００４２】
光検出器４４は、可変ミラー３４で反射される基準反射ミラー４１からの光の量に応じた信号を出力するようになっている。光検出器４４からの信号は、制御部４５に入力するようになっている。制御部４５も上述の設定手段の位置部を構成するもので、光検出器４４からの信号に基づいて、ミラー制御部３５に対し可変ミラー３４に印加する電圧調整を指示し、可変ミラー３４の反射面の形状を制御するようにしている。また、制御部４５は、上述した図示しないモータに駆動指令を出して基準反射ミラー４１の中間像位置Ｉ’への挿脱を制御するようにもしている。
【００４３】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００４４】
この場合、光学顕微鏡の電源を投入すると、制御部４５は、上述した図示しないモータを駆動して基準反射ミラー４１を中間像位置Ｉ’へ挿入する。
【００４５】
この状態で、レーザ光源３１からレーザ光が発生すると、レーザ光は、コリメートレンズ３２を透過した後、ビームスプリッタ３３で反射して、可変ミラー３４の反射面に入射する。可変ミラー１７で反射した光は、スキャナ３６を介して投影レンズ３７に入射し、中間像位置Ｉ’に集光される。この場合、中間像位置Ｉ’には、基準反射ミラー４１が配置されるので、可変ミラー３４からの光は、基準反射ミラー４１で反射し、スキャナ３６を介して再び再び可変ミラー３４の反射面に入射される。そして、可変ミラー３４で反射した光は、ビームスプリッタ３３を透過し、結像レンズ４２、共焦点ピンホール４３を介して光検出器４４に入射する。
【００４６】
光検出器４４は、基準反射ミラー４１からの光の量に応じた信号を出力し、この信号は、制御部４５に入力される。制御部４５は、光検出器４４で検出される光量に応じた信号と予め用意された基準光量に応じた信号とを比較する。そして、この比較結果から、光検出器４４の信号と基準光量の信号が異なると、制御部４５よりミラー制御部３５に制御命令が発せられ、可変ミラー３４に印加される電圧が調整される。これにより、可変ミラー３４の表面形状が変化し、この形状変化により光検出器４４で検出される光量も可変される。
【００４７】
その後、このような一連の動作により、光検出器４４の信号が基準光量の信号と一致すると、制御部４５によるミラー制御部３５への制御命令が停止し、可変ミラー３４の初期形状が設定される。
【００４８】
一方、周囲環境の変化によって、光学系に収差が生じたような場合、光検出器４４で検出される光量は、理想状態にある光学系のそれと比べて小さくなる。従って、この場合も、制御部４５によりミラー制御部３５を制御し、可変ミラー３４に印加される電圧を調整して表面形状を制御し、光検出器４４で検出される光量に応じた信号を予め用意された理想状態にある光学系の基準光量の信号と一致させる。これにより、環境変化の影響で生じた収差を補正でき、光学系の初期状態を設定することができる。
【００４９】
その後、制御部４５により図示しないモータを駆動し基準反射ミラー４１を中間像位置Ｉ’から退避させる。
【００５０】
この状態で、走査型レーザ顕微鏡による通常の走査観察が行われる。この場合も、標本４０に対する焦点合わせは、ミラー制御部３５により可変ミラー３４に印加される電圧を調整することで行われるが、この時の焦点合わせは、常に、可変ミラー３４を初期の形状から変形させることができるので、変形の再現性の精度を確保することができ、焦点合わせの精度を高めることができる。
【００５１】
従って、このようにしても第１の実施の形態と同様な効果を期待できる。さらに、走査型レーザ顕微鏡の基本構成として用いられるフォトマルチプライアなどの光検出器４４をそのまま利用して可変ミラー３４の初期形状の設定を行なうことができるので、価格的に安価にすることもできる。
【００５２】
なお、上述した第２の実施の形態では、標本の反射像を観察または形成する走査型レーザ顕微鏡について述べたが、ビームスプリッタの代わりにダイクロイックミラーを使用すれば、蛍光標本の蛍光像の観察または形成するような走査型レーザ顕微鏡にも本発明を適用することができる。また、上述では、光検出器により基準反射ミラー４１上の１点からの反射光の光量を検出し、この光量に応じて可変ミラー３４の形状を制御するようにしたが、スキャナ３６により基準反射ミラー４１上の光をスキャンし、この基準反射ミラー４１上の複数点からの反射光の光量を検出し、この光量の信号と予め用意された基準光量に応じた信号と比較し、この結果から可変ミラー３４の形状を制御するようにしてもよいし、あるいは複数点からの反射光の光量が均一になるように可変ミラー３４の形状を制御するようにしてもよい。
【００５３】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【００５４】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００５６】
１１…標本、１２…光源、１３…コレクトレンズ
１４…コンデンサレンズ、１５…対物レンズ、１６…ハーフミラー
１７…可変ミラー、１８…ミラー制御部
１９…中間結像レンズ、２０…基準反射ミラー
２１…結像レンズ、２２…光検出器、２３…制御部
３１…レーザ光源、３２…コリメートレンズ
３３…ビームスプリッタ、３４…可変ミラー
３５…ミラー制御部、３６…スキャナ
３６１．３６２…ガルバノスキャナミラー、３７…投影レンズ
３８…中間結像レンズ、３９…対物レンズ
４０…標本、４１…基準反射ミラー、４２…結像レンズ
４３…共焦点ピンホール、４４…光検出器、４５…制御部
【図１】
2005157146.tif 000003
【図２】
2005157146.tif 000004